package 排序算法.计数排序;

import java.util.Arrays;

/**
 * @Project: data-structure-and-algorithms
 * @Package: 排序.计数排序
 * @ClassName: CountingSort
 * @Author: zhouyihe
 * @Date: 2025/11/13 16:46
 * @Description: 计数排序
 */
public class CountingSort {
    /**
     * 优点：
     * 时间复杂度为 O(n+k)，当 k 不大时可以达到线性时间
     * 稳定排序算法
     * 适合对整数进行排序
     * 不需要比较元素，对于范围小的数据集非常高效
     * 缺点：
     * 只适用于整数排序
     * 当数据范围 k 很大时，空间复杂度高
     * 不适合对浮点数、字符串等进行排序（需要额外转换）
     * 对于数据分布极不均匀的情况效率低下
     * @param arr
     */
    public static void countingSort(int[] arr) {
        if (arr == null || arr.length <= 1) {
            return;
        }
        int min = arr[0];
        int max = arr[0];
        for (int num : arr) {
            if (num > max) {
                max = num;
            }
            if (num < min) {
                min = num;
            }
        }

        int[] countArr = new int[max - min + 1];
        for(int num:arr){
            countArr[num-min]++;
        }

        int index = 0;
        for (int i = 0; i < countArr.length; i++) {
            while (countArr[i] != 0){
                arr[index++] = min + i;
                countArr[i]--;
            }
        }
    }

    //计数器和测试法
    // for test
    public static void main(String[] args) {
        int testTime = 500000;
        int maxSize = 100;
        int maxValue = 100;
        System.out.println("测试开始");
        for (int i = 0; i < testTime; i++) {
            int[] arr1 = generateRandomArray(maxSize, maxValue);
            int[] arr2 = copyArray(arr1);
            countingSort(arr1);
            Arrays.sort(arr2);
            if (!isEqual(arr1, arr2)) {
                System.out.println("出错了！");
                printArray(arr1);
                printArray(arr2);
                break;
            }
        }
        System.out.println("测试结束");
    }

    // for test
    public static int[] generateRandomArray(int maxSize, int maxValue) {
        int[] arr = new int[(int) ((maxSize + 1) * Math.random())];
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            arr[i] = (int) ((maxValue + 1) * Math.random()) - (int) (maxValue * Math.random());
        }
        return arr;
    }

    // for test
    public static int[] copyArray(int[] arr) {
        if (arr == null) {
            return null;
        }
        int[] res = new int[arr.length];
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            res[i] = arr[i];
        }
        return res;
    }

    // for test
    public static boolean isEqual(int[] arr1, int[] arr2) {
        if ((arr1 == null && arr2 != null) || (arr1 != null && arr2 == null)) {
            return false;
        }
        if (arr1 == null && arr2 == null) {
            return true;
        }
        if (arr1.length != arr2.length) {
            return false;
        }
        for (int i = 0; i < arr1.length; i++) {
            if (arr1[i] != arr2[i]) {
                return false;
            }
        }
        return true;
    }

    // for test
    public static void printArray(int[] arr) {
        if (arr == null) {
            return;
        }
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.print(arr[i] + " ");
        }
        System.out.println();
    }
}
